ВЛИЯНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ ЛАЗЕРНОЙ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ
Шуленина Т.И. (БГИТА, г.Брянск, РФ)
В настоящее время широкое распространение получили плитные материалы на основе древесины. Однако определенную трудность представляет их обработка. Поэтому для эффективной обработки материалов на основе древесины используют инструмент с режущими элементами из твердых сплавов, преимущественно вольфрамокобальтовой группы.
Однако и при использовании последних, их стойкость не в полной мере удовлетворяет требованиям промышленности. В частности, анализ статистики отказов пил дисковых с режущими элементами их твердых сплавов ВК15 показывает, что до 70 % инструмента выходит из строя в результате постепенного изнашивания рабочей части, до 25 % - по причине выкрашивания режущих кромок.
Увеличение стойкости инструмента для обработки древесины и материалов на ее основе за счет лазерной упрочняющей обработки достигается за счет: минимизации процесса изнашивания путем микровыкрашивания; увеличения микротвердости рабочих поверхностей режущей части инструмента.
Поэтому, учитывая механизм изнашивания твердосплавного инструмента, лазерное упрочнение осуществлялось исходя из конкретных условий фрикционного взаимодействия локальных участков режущей части с обрабатываемым материалом.
На основании проведенного анализа существующих схем лазерной упрочняющией обработки металлических поверхностей, учитывая конструктивные особенности инструмента для обработки древесины и материалов на ее основе, была разработана схема лазерного воздействия на режущие элементы инструмента. С целью обеспечения благоприятного уровня физико-механических и микрогеометрических характеристик режущих элементов по зонам с различными механизмами изнашивания в области режущей кромки и рабочих поверхностей упрочняющая обработка заключалась в создании в прикромочных зонах участков с переменным уровнем отражательной способности, что обеспечивает различную степень лазерного воздействия на обрабатываемые участки.
Для достижения работоспособности предложенной схемы были выполнены исследования по способам достижения различного уровня отражательной способности металлических поверхностей. Учитывая то, что отражательная способность последних в значительной степени определяется их микрогеометрическими параметрами, нами были выполнены исследования влияния параметров шероховатости твердосплавных поверхностей на коэффициент отражения R. Исследованиям подвергались образцы твердых сплавов вольфрамокобальтовой группы с различным содержанием в них кобальта (ВК6, ВК10, ВК15). В ходе выполнения исследований на образцах создавались поверхности с различными высотными параметрами шероховатости (Ra = 1,55; 0,81; 0,16 мкм) и оценивалась их отражательная способность (результаты исследований представлены таблицей 1).
Таблица 1-Зависимость коэффициента отражения твердосплавных поверхностей от параметров шероховатости Ra
|
Шероховатость поверхно- стного слоя, Ra, мкм |
Коэффициент отражения поверхности, R, % |
||
ВК6 |
ВК10 |
ВК15 |
|
|
1,55 |
19 |
21 |
23 |
|
0,81 |
59 |
60 |
62 |
|
0,16 |
83 |
85 |
88 |
На основании полученных данных было установлено, что с увеличением содержания кобальта в сплаве отражательная способность поверхности возрастает. Это, по-видимому связано с тем, что с увеличением величины кобальтовой прослойки поверхность приобретает более светлый оттенок, чем у сплавов с меньшим содержанием кобальта (ВК6) и одинаковая отражательная способность поверхности у сплавов с различным содержанием кобальта достигается при различных параметрах шероховатости.
Кроме того, в процессе исследований было установлено, что на исследуемых поверхностях с различным коэффициентом отражения в результате лазерного воздействия формируется особый характер микрорельефа, отличающийся возвышениями в зоне действия луча. Причем высота этих возвышений определяется как параметрами шероховатости обрабатываемых поверхностей, так и плотностью подводимой энергии: с увеличением плотности подводимой энергии на исследуемую поверхность с заданным коэффициентом отражения «высота следа лазерного воздействия» (Нmax ,мкм) снижается (сплав ВК6 при R 19 % : q = 2,8 Дж/мм2 Hmax= 33,0 мкм; при R = 83 %: q = 3,2 Дж/мм2 Нmax = 28,8 мкм).
Анализируя полученные зависимости установлено, что максимальное увеличение Нmax ( 20 мкм) луча на поверхность с плотностью энергии q = 1,8 Дж/мм2 наблюдается при коэффициенте отражения поверхности R= 19 %. Увеличение коэффициента R до 59 % вызывает снижение Hmax до 15,0 мкм. Дальнейшее увеличение R до 83 % приводит к уменьшению «высоты следа лазерного воздействия» луча до Hmax = 9,5 мкм.
При увеличении плотности подводимой энергии до q = 2,4 Дж/мм2 наблюдается некоторое возрастание Hmax . В частности, при упрочнении поверхности с коэффициентом отражения R = 19 % Hmax увеличивается, но в то же время вызывает трещинообразование в поверхностном слое.
Исходя из этого, были выполнены исследования влияния коэффициента отражения поверхности, упрочненной лучом лазера различной плотности на высоту следа лазерного воздействия. В качестве исходных, были выбраны поверхности с коэффициентом отражения R 19; 21; 23 % (сплавы ВК:, ВК10, ВК15 соответственно).
В результате анализа полученных данных было установлено, что с увеличением содержания кобальта в сплаве при одинаковом коэффициенте отражения поверхности, увеличение плотности энергии ведет к возрастанию высоты «следа лазерного воздействия». Это, по-видимому, связано с тем, что при увеличении плотности подводимой энергии, повышается ее концентрация в зоне действия лазерного луча, а, следовательно, повышается и температура. Вследствие этого структурные изменения в поверхностном слое происходят интенсивнее.
Таким образом, можно заключить, что для формирования на исследуемых твердосплавных поверхностях благоприятного уровня физико-механических и микрогеометрических характеристик при лазерной упрочняющей обработке по разработанной схеме лазерного воздействия на поверхности с различным уровнем отражательной способности, в наибольшей степени отвечает поставленным требованиям поверхность с коэффициентом отражения R= 19 % (для сплава ВК6).